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Centro América y CaribeLos cables son una parte importante de muchas máquinas y estructuras. Se compone de hilos de alambre continuos enrollados alrededor de un núcleo central, llamado alma. Hay muchos tipos de cables, diseñados cada uno para diferente aplicación. La mayoría de ellos son hilos de acero enrollados entre sí. El núcleo puede estar hecho de acero, fibras o incluso plásticos.
Los cables se identifican por varios parámetros como son el tamaño, tipo de acero utilizado, si es o no es preformado, por su trenzado, el número de torones o cuerdas, y el número de hilos en cada torón (cuerda).
La designación típica de un torón y alambres es 6×19. Esto denota un cable compuesto por seis torones con 19 alambres en cada una. La configuración de diferentes tamaños y disposiciones de los torones permite diferentes grados de flexibilidad del cable y su resistencia al aplastamiento y a la abrasión. Los cables pequeños son más adecuados para doblarlos en ángulos agudos sobre poleas pequeñas. Cuando el cable estará expuesto a fricción, rozamiento o abrasión, se prefieren alambres exteriores grandes.
Hay tres tipos de almas o núcleos. Un alma de acero independiente (IWRC, por sus siglas en inglés) normalmente es un cable 6×7 con un núcleo de alambre 1×7. Esto da como resultado un cable 7×7. Estos núcleos tienen una mayor resistencia a la tracción y flexión y resistencia a la ruptura que uno fabricado con núcleo de fibra. Además, tienen una alta resistencia al aplastamiento y la deformación.
Un alma de alambre puro (CSM, por sus siglas en inglés) tiene un solo alambre en su núcleo en lugar de un núcleo de múltiples alambres. Los cables CSM tienen una elevada resistencia y se utilizan sobre todo como cables estáticos.
Los cables también tienen almas de fibra, tradicionalmente fabricadas con hilo sisal, pero pueden también se pueden utilizar materiales plásticos. Los cables con alma de fibra tienen menos fuerza que los cables con alma de acero, son bastante flexibles y se utilizan en muchas grúas aéreas.
El trenzado de un cable es la dirección en que giran los hilos de los alambres en los torones y los torones del cable. Hay cuatro trenzados comunes: Regular derecho, regular izquierdo, paralelo derecho, paralelo izquierdo. En el cable derecho los alambres giran a la derecha, como si se alejaran de los ojos del observador. En el izquierdo gira a la izquierda. En un cable regular, los alambres del torón giran en dirección opuesta al trenzado de los torones sobre el alma. En el cable lang, los hilos y los torones en el cable se trenzan en el mismo sentido. Los cables lang tienen mejor resistencia a la fatiga debido a que su exposición es más plana.
Figura 1. Comparación de trenzados típicos de cables de acero: A) Regular derecho, B) Regular izquierdo, C) Lang derecho, D) Lang izquierdo, E) Derecho alternado
Los cables metálicos están hechos en su mayoría de acero al alto carbono por su fuerza, flexibilidad, resistencia, disponibilidad y costo. Los cables pueden o no tener un recubrimiento galvanizado. Se utilizan varios grados de acero, como se ve en la Tabla 1.
Tabla 1 – Diferentes grados de acero para cables
Los cables de alambre de acero son rígidos y elásticos. Los cables no preformados, con alambres rotos o cortados, se enderezan y sobresalen del cable, representando un riesgo de seguridad. Un cable está hecho de alambres preformados conformadas de modo tal que descansan naturalmente en su posición en el torón, previniendo que los cables sobresalgan y puedan causar lesiones. Los cables preformados también tienen una mejor resistencia a la fatiga que los cables no preformados y son ideales para trabajar sobre poleas pequeñas y en ángulos agudos.
Lubricación de cables
La lubricación de los cables es una propuesta difícil, independientemente de su construcción y composición. Los cables con alma de fibra son un poco más fáciles de lubricar que los fabricados exclusivamente de acero. Por esta razón, es importante tomar en consideración si se requiere efectuar relubricación en campo.
Los lubricantes para cables tienen las siguientes funciones principales:
- Reducir la fricción entre los torones cuando se mueven uno sobre el otro.
- Lubricar las zonas de fricción entre el alma y los torones y las superficies exteriores.
- Proteger contra la corrosión las superficies interiores y exteriores
Hay dos tipos de lubricantes para cables de acero: penetrantes y de recubrimiento. Los lubricantes penetrantes contienen una solvente de petróleo que introduce el lubricante al alma del cable y luego se evapora, dejando detrás de sí una película lubricante gruesa para proteger y lubricar cada hilo de alambre (Figura XX). Los lubricantes de recubrimiento penetran ligeramente, sellando el exterior del cable de la humedad y reduciendo el desgaste y la corrosión por la fricción causada por el contacto con partículas externas (Figura XX).
Figura 2. Cable lubricado con espuma penetrante
Se utilizan ambos tipos de lubricantes para cables de acero, pero debido a que la mayoría de los cables fallan desde el interior, es importante asegurarse de que el alma reciba suficiente lubricante. Puede utilizarse un enfoque combinado, de manera que se utilice un lubricante penetrante para saturar el alma, y a continuación un revestimiento para sellar y proteger la superficie exterior.
Figura 3. Cable lubricado con recubrimiento de grasa
Los lubricantes de cables pueden elaborarse a base de petrolato, asfalto, grasa, aceites mineral o vegetal. Los compuestos de petrolato (vaselina), con los aditivos adecuados, proporcionan una excelente resistencia a la corrosión y al agua. Además, los compuestos de petrolato son translúcidos, lo que permite que el técnico pueda llevar a cabo inspecciones visuales. Estos lubricantes pueden escurrirse cuando se exponen a temperaturas altas, pero mantienen bien su consistencia bajo condiciones de baja temperatura.
Los compuestos asfálticos generalmente se secan, dejando una superficie endurecida muy oscura, lo que dificulta la inspección. Se adhieren bien, lo que permite que se mantenga en su lugar cuando se almacenan por periodos largos, pero se agrietan y se vuelven frágiles en climas fríos. Estos lubricantes son del tipo revestimiento.
Se utilizan varios tipos de grasas para la lubricación de cables de acero y trabajan mediante el mecanismo de revestimiento, penetrando parcialmente, pero por lo general no lo suficiente como para saturar el alma. Entre los espesantes comunes de las grasas utilizadas están el sodio, litio, complejo de litio y complejo de aluminio. Las grasas utilizadas para esta aplicación por lo general tienen una consistencia semilíquida suave. Recubren el cable y penetran parcialmente si se aplican por medio de lubricadores de presión.
Los lubricantes elaborados a partir de aceite mineral y vegetal penetran mejor y son más fáciles de aplicar gracias al diseño adecuado del aditivo, dándoles una excelente resistencia al desgaste y a la corrosión. La característica de fluidez de este tipo de lubricantes ayuda a remover los contaminantes abrasivos del exterior.
Los cables se lubrican durante el proceso de fabricación. Si el alma es de fibra, ésta será lubricada con aceite mineral o lubricante a base de petrolato. El alma absorberá el lubricante y funcionará como un depósito de lubricación a largo plazo mientras esté en servicio.
Si el cable tiene alma de acero, se bombea el lubricante (aceite o grasa) justo antes del extremo del troquel que tuerce los cables en el torón. Esto permite que todos los cables queden perfectamente cubiertos.
Una vez que el cable se pone en servicio, requiere lubricación debido a la pérdida del lubricante original por la carga, flexión y estiramiento del cable. Los cables con alma de fibra se secan con el tiempo debido a la evaporación por el calor y a menudo absorben humedad. Es necesario efectuar relubricación en campo para minimizar la corrosión, proteger y preservar el alma del cable y los torones, y así extender la vida útil del cable.
Si el cable está sucio o se acumulan capas de lubricante endurecido u otros contaminantes, se debe limpiar con un cepillo de alambre y solvente mineral, aire comprimido o un limpiador de vapor antes de lubricarlo. El cable debe secarse y lubricarse inmediatamente para evitar su oxidación. Los lubricantes pueden aplicarse por pulverización, brocha, inmersión, goteo o presión. Los lubricantes se aplican mejor sobre el tambor o polea, en donde los torones tienen la tendencia a separarse ligeramente debido a la flexión, facilitando la máxima penetración al alma. Si se utiliza la aplicación a presión, el lubricante se aplica al cable bajo una ligera tensión cuando se pone recto. Debe evitarse aplicar lubricante en exceso para prevenir riesgos de seguridad y daño al medio ambiente.
Mediciones clave de desempeño de los lubricantes
Algunos atributos clave de desempeño a buscar en un lubricante para cables de acero, son la resistencia al desgaste y la prevención de la corrosión. Algunos comparadores clave de desempeño son la prueba EP de cuatro bolas, con valores de punto de soldadura (ASTM D2783) por encima de 350 kg y un índice de desgaste por carga por encima de 50. Para la protección contra la corrosión, busque lubricantes de cables con resultados en presencia de agua salina (ASTM B117) por encima de 60 horas y valores de más de 60 días en la prueba de gabinete húmedo (ASTM D1748). La mayoría de los fabricantes de lubricantes publican este tipo de datos en las hojas de datos de sus productos.
Factores que influyen en el desempeño de los cables
El ciclo de vida y el desempeño de un cable se ven afectados por varios factores, incluyendo el tipo de operación, el medio ambiente y los cuidados que se les brinden. Los cables pueden dañarse por poleas desgastadas, prácticas incorrectas de enrollado y empalme, y por almacenamiento inadecuado. Estrés por elevadas cargas, cargas de choque, tironeo de cargas pesadas y aceleración o deceleración brusca (velocidad con que se tensa y destensa el cable), acelerarán la tasa de desgaste.
La corrosión puede acortar la vida del cable debido a la pérdida de metal, picaduras y estrés en franjas de picaduras. Si la máquina va a ser parada por un período prolongado, deberán removerse los cables, limpiarlos, lubricarlos y almacenarlos correctamente. Durante la operación, puede generarse corrosión y oxidación por gases, ácidos, salmueras, azufre, gases, aire salado, humedad, condiciones que se aceleran por las temperaturas elevadas. La aplicación adecuada y suficiente de lubricante en campo puede reducir el ataque corrosivo al cable.
Se produce desgaste abrasivo en el interior y exterior de los cables. Los torones individuales dentro del cable se mueven y frotan entre sí durante la operación normal, creando desgaste abrasivo de dos cuerpos. En el exterior del cable se acumula suciedad y contaminantes de las poleas y tambores. Esto causa desgaste abrasivo de tres cuerpos, que erosiona el exterior de los torones y alambres. El desgaste abrasivo por lo general reduce el diámetro del cable y puede causar una falla del alma y rotura interna del cable. Los lubricantes penetrantes reducen el desgaste abrasivo dentro del cable y también limpian las superficies externas, eliminando los contaminantes y la suciedad.
Aplicaciones típicas de los cables
Existen muchos tipos de máquinas y estructuras que utilizan cables de acero, como son las dragas, grúas, elevadores, palas, equipos de perforación, puentes colgantes y torres atirantadas. Cada aplicación tiene necesidades específicas para el tipo y tamaño de cable requerido. Todos los cables, independientemente de la aplicación, se desempeñarán a un mejor nivel, durarán más tiempo y proporcionarán mejores beneficios al usuario cuando se les da el mantenimiento adecuado.
A través de años de experiencia en campo, se concluye que la vida de los cables de acero puede prolongarse cuando se usan lubricantes penetrantes, ya sea que se apliquen solos o en combinación con lubricantes tipo recubrimiento. La experiencia práctica en minería sugiere que pueden duplicarse los ciclos de vida aplicando este enfoque. En una mina, la tasa de reemplazo de cuatro cables de 44 mm se amplió de 18,5 meses a 43 meses, en promedio. En otra mina, el ciclo de vida de cuatro cables de 43 mm con una longitud de 2073 metros se extendió de 8 meses a 12 meses en promedio.
En otro estudio que involucró a grúas aéreas de 5 y 10 toneladas, en los Estados Unidos, se utilizaron cables de diámetro de 3/8 y 5/8 de pulgada, se duplicó la vida media de los cables. Este comportamiento se atribuye a la mayor capacidad que tiene el lubricante penetrante para desplazar el agua y los contaminantes y sustituirlos por aceite, lo que reduce el desgaste y la corrosión a lo largo del cable. Una buena aspersión con lubricante penetrante actúa eficazmente como un cambio de aceite para cables.
En estos ejemplos, el ahorro en los costos de reemplazo de los cables (incluyendo el tiempo de inactividad, mano de obra y los costos de capital) fueron muy importantes, lo que justificó con creces el costo de los lubricantes. Las empresas que se han dado cuenta de la importancia de la correcta lubricación de los cables de acero han sacado una gran ventaja sobre quienes compran lubricantes de bajo precio, o los que no aplican ningún tipo de lubricante, sustituyendo además los cables de manera mucho más frecuente.